說到流星雨，大家肯定不會(huì)陌生。那你知道火流星嗎？它會(huì)像一條閃閃發(fā)光的巨大火龍劃過天際，有的還會(huì)發(fā)出“沙沙”的響聲。其實(shí)，火流星是質(zhì)量較大的流星穿過地球大氣層時(shí)劇烈燃燒產(chǎn)生的一種天文現(xiàn)象。事實(shí)上，這種壯觀的現(xiàn)象在其他行星上也能看到。因?yàn)椴恢皇堑厍?，其他一些行星也有大氣層?/p>

那么，行星的大氣層是如何產(chǎn)生的？為何有的行星有大氣層，有的行星卻沒有？

行星大氣層是這樣產(chǎn)生的

什么是行星大氣層？“一般而言，行星大氣層通常是指包裹著固態(tài)行星的固體包絡(luò)構(gòu)造的大氣。”中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員平勁松介紹。

固態(tài)行星表面大氣的產(chǎn)生，根源是其自身存在或可以生成揮發(fā)性的物質(zhì)。這些揮發(fā)性物質(zhì)可能是在行星形成之初的吸集、聚合過程中，外圍物質(zhì)分解時(shí)產(chǎn)生的；也可能是行星內(nèi)部升溫導(dǎo)致不斷析出、噴出氣體，如火山活動(dòng)等產(chǎn)生的；另外，還可能是表面物質(zhì)被太陽照射時(shí)所產(chǎn)生的。

“金星周圍有濃密的大氣和云層，大氣壓約為地球的90倍。此前探測(cè)發(fā)現(xiàn)，金星上有著大量的火山活動(dòng)。因此，我們推斷，金星表面濃密的大氣源自其內(nèi)部不斷發(fā)生的火山爆發(fā)活動(dòng)?！敝袊?guó)科學(xué)院空間中心研究員劉勇以金星為例說道。

行星大氣層，通常包括多層厚層結(jié)構(gòu)和各層之間存在的薄層過渡層。各層內(nèi)部還存在次級(jí)別的層次。擁有大氣層的行星，其大氣自下而上的密度越來越小，但總的氣體含量或質(zhì)量一般處于動(dòng)態(tài)平衡中。

“按照整體的帶電特性，行星大氣層可分為兩個(gè)主要層次，即位于底部的中性層和之上的電離氣體層。中性層厚度小，為幾十千米，電離氣體層厚度一般在數(shù)百到數(shù)千千米?！逼絼潘芍赋觯锶νǔＮ挥谥行詫拥牡撞浚诎l(fā)現(xiàn)的金星大氣中存在磷化氫的高度達(dá)到了50千米，是一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象，值得進(jìn)一步探索。

太陽系內(nèi)，行星頂部或上部大氣受到太陽光的紫外線和X射線照射后，處于量子態(tài)的氣體分子中的電子吸收能量后脫離氣體分子，發(fā)生電離。由中性氣體分子、帶正電的離子和電子混合形成了等離子體，成為電離層。由于太陽輻射相對(duì)處于穩(wěn)定狀態(tài)，存在氣體層的金星、地球、火星盡管氣體密度差異巨大，但它們的大氣層上部吸收的總太陽紫外線和X射線輻射能量差異不大，因此其電離層電子密度比較接近。

留不住、生不成=沒有大氣層

對(duì)于存在著磁場(chǎng)的地球而言，在電離層的上部，還存在幾乎完全電離的氣體磁層，厚度可達(dá)數(shù)萬千米。

火星也有大氣層，但和地球相比，火星的大氣層非常稀薄，火星大氣的密度不到地球大氣的百分之一。在劉勇看來，地球磁場(chǎng)的束縛功能在防止大氣逃逸方面起到了重要作用。

“行星大氣逃逸的過程也是科學(xué)家非常關(guān)注的問題之一。事實(shí)上，地球和火星都有大氣逃逸的現(xiàn)象。但兩者大氣密度差異很大，很重要的原因在于，地球有著內(nèi)稟磁場(chǎng)，形成的磁層就像‘保護(hù)罩’一樣，能夠有效防止大氣的逃逸?！眲⒂路治龅馈?/p>

同樣，平勁松也認(rèn)為，一些行星大氣之所以沒有沉積到表面，也沒有完全逃逸，最終形成了行星大氣層，得益于行星中心引力、磁場(chǎng)的束縛與分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和外部輻射干擾的動(dòng)態(tài)平衡。

然而，并非所有的固態(tài)行星都擁有大氣層。為什么有些行星有大氣層，而有些卻沒有？

從行星演化和大氣層的來源來看，有大氣層的行星通常自身內(nèi)部擁有充裕的揮發(fā)性氣體來源，以及使得氣體可以揮發(fā)出來的能量注入；同時(shí)，還要保持氣體逃逸、沉降速度與新生成的速度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

“沒有大氣層的行星，主要原因可能有兩種?！逼絼潘煞治龅溃环N是完全意義上的巖石行星，無法約束住其產(chǎn)生的氣體，耗盡了外層的揮發(fā)性成分，同時(shí)其內(nèi)部能量和外部注入能量不足以分解巖石而產(chǎn)生新的揮發(fā)氣體；另一種是遠(yuǎn)離太陽以及中心恒星的行星，其本身密度較小，不足以產(chǎn)生熱核反應(yīng)，導(dǎo)致內(nèi)部能量和外部注入能量不足以促成足量的揮發(fā)性物質(zhì)脫離表面，即便這些行星在不斷產(chǎn)生氣體，但氣體的密度或總含量不足以形成可被探測(cè)到的大氣層。

比如，月亮就是典型的巖石類行星體，盡管在月球上發(fā)現(xiàn)了水分子，但它并不存在由氣體構(gòu)成的、嚴(yán)格意義上的大氣層。但也有一些特殊情況，比如水星由于距離太陽太近，太陽的輻射和潮汐作用早就徹底瓦解了水星可能存在的大氣層。

為行星撐起“保護(hù)傘”

對(duì)擁有大氣層的行星來說，大氣層在浩瀚宇宙中為它們撐起了一把“保護(hù)傘”。

一方面，行星大氣層可以阻擋、減弱來自流星和彗星對(duì)行星的沖擊。這也是我們能夠安心欣賞火流星而不用擔(dān)心其對(duì)我們?cè)斐赏{的原因。密度、厚度足夠大的行星大氣層，其外部在成為電離層的過程中，可以遮擋大量來自太陽和宇宙空間的高能粒子輻射和沖擊，以及紫外線和X射線的輻射等。

“更為重要的是，在抵御外部輻射的同時(shí)，行星的大氣層還起到了保護(hù)主要揮發(fā)成分的循環(huán)平衡和適度存在。”平勁松舉例道，比如地球大氣保護(hù)了地球的水循環(huán)和氧、氮等適度存在，火星大氣保證了火星一氧化碳、二氧化碳的循環(huán)。正是這些活動(dòng)的順利進(jìn)行，才讓行星固體表面得以長(zhǎng)期穩(wěn)定。

劉勇指出，大氣層的存在，在維持地球表面溫度相對(duì)穩(wěn)定、晝夜溫差變化相對(duì)較小方面也起到了重要作用。穩(wěn)定、適宜的溫度，對(duì)生命的出現(xiàn)和演化有著重要的意義。

“溫度過高過低，或者溫度變化劇烈，都不利于高等級(jí)生命的生存和演化。從某種意義上來說，大氣層扮演了‘溫度穩(wěn)定器’的角色。有了大氣層的存在，使得地球表面溫暖舒適，適宜人類和其他生物生存?！眲⒂抡f。

此外，固態(tài)行星演化過程中穩(wěn)定的演化也得益于能量平衡，即外部獲得的能量和向外輻射的能量的動(dòng)態(tài)平衡。在調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)平衡的過程中，大氣層的穩(wěn)定存在，對(duì)于這類大規(guī)模能量的吸收注入和向外輻射起到了關(guān)鍵作用。

文章來源：《科技日?qǐng)?bào)》

（責(zé)任編輯：吳宇）